К середине палеоцена (60 млн лет назад) море мелеет и осадки его становятся более грубыми – глауконитово-песчанистыми; глауконитово-глинистые песчаники слагают верхнесызранский подъярус. В области Среднего Поволжья имели место тектонические движения, в результате которых отдельные участки дна относительно мелководного сызранского бассейна оказались приподнятыми, осадконакопление на них прекратилось и начался размыв ранее образовавшихся пород. Поэтому мощность верхнесызранской толщи подвержена большим колебаниям от 0 до 30–40 метров. На пласты сызранского яруса в Ульяновско-Самарском Поволжье начинают отлагаться мелководные пески саратовского яруса (кварцевые пески с прослоями «сливных» песчаников) мощностью порядка 15–45 метров. Затем морской бассейн быстро мелеет и регрессирует.

В начале эоцена (54 млн лет назад) наступает новая обширная и быстрая трансгрессия моря. Она захватило ту же площадь, какая была покрыта морем в палеоцене. В этом море отлагаются глауконитовые пески и кремнистые осадки (опоки) царицинского яруса (район Сызрани). В конце эоцена (35 млн лет назад) намечаются ясные признаки сильного обмеления.

В олигоцене (33 млн лет назад) территория области представляет собой сушу с теплым и влажным климатом. На протяжении палеогена (от 33 млн лет назад до 23 млн лет назад) на участках суши произрастают хвойные леса с участием широколиственных пород. К этому времени на территории области сформировались главнейшие черты современного рельефа.

В конце третичного геологического периода (около 25 млн лет назад) происходили процессы активного поднятия гор. Выросли целые горные страны, такие как Альпы и Кавказ; образовалась Приволжская возвышенность, на территории которой располагается Пензенская область.

В миоценовое время (от 23 млн лет назад до 6 млн лет назад) Приволжская возвышенность наметилась в виде участка, более приподнятого по сравнению с Заволжьем, лежащим от нее к востоку. В верхнемиоценовое время вдоль Среднего и Нижнего Поволжья должна была существовать впадина, в которую собирались воды с Приволжской возвышенности и направлялись по ней на юг. Всхолмления, окружающие эту впадину, размывались текучими водами. Происходит формирование современного рельефа, эрозионное расчленение миоценовых равнин, закладываются древнейшие долины рек Самары, Сызрани, Тишерека, Усы и других. К этому отдаленному времени относится и зарождение Волги как реки. Климат в это время ухудшается, но остается мягче современного, во флоре увеличивается доля хвойных растений.

В начале плиоцена (6 млн лет назад) на территории Среднего Поволжья происходят тектонические движения, сопровождавшиеся образованием сбросов, флексур и складок, образуется Жигулевская дислокация. На территорию области по долине Волги и далее на север проникает Акчагыльское море (в геологической истории нашей области – последнее). Оно доходит по долине Волги до Казани в виде огромного узкого, изогнутого к востоку залива. От этого главного рукава ответвлялись многочисленные более мелкие заливы. Море вторглось в виде лиманов во все существовавшие тогда на Приволжской возвышенности овраги, балки, долины рек Сызрани, Усы, Крымзы и др. Судя по флоре хвойных растений, климат акчагыльского века был близок к современному. Насколько далеко заходило Акчагыльское море по долине Усы, точно неизвестно. Можно лишь предположить, что до нынешнего района села Смолькино море могло дойти в виде мелководного узкого залива.

И по сей день в нашем крае в основном сохранился рельеф, сформированный под влиянием этого моря. На суше стала развиваться широкая речная сеть, углублялись их долины. На протяжении сотен тысяч лет реки меняли русло, вырабатывая долины, образуя террасы, перерезая территорию на высокие водораздельные участки. Это хорошо просматривается и на территории нашего района, где главная река края – Канадея – на протяжении 40 километров с запада на восток делит территорию на два крупных водораздельных участка.